ChapitreL atome 1 et les éléments L atome et les modèles atomiques PAGES 6 À 17 En théorie 1. Que suis-je? Atome Électron Neutron Proton a) Je suis l une des particules qui constituent l atome. Je porte une charge négative. b) Je suis la plus petite particule de matière ne pouvant pas être divisée chimiquement. c) Je suis l une des particules qui constituent l atome. Je suis situé dans le noyau et je porte une charge positive. d) Je suis l une des particules qui constituent l atome. Avec le proton, je forme le noyau. Je ne possède aucune charge électrique. Électron. Atome. Proton. Neutron. 2. Complétez le tableau suivant. Particule Charge électrique Symbole Masse (g) Masse (u) Électron Négative e Neutron Neutre n Proton Positive p + 9,109 10 28 0,000 55 1,675 10 24 1,008 1,673 10 24 1,007 3. Les modèles atomiques présentés ci-dessous ont précédé l élaboration du modèle atomique de Rutherford-Bohr. Donnez le nom de chacun de ces modèles atomiques. a) Modèle atomique de b) Modèle atomique de c) Modèle atomique de Thomson Rutherford Dalton Chapitre 1 3
4. a) Cochez les caractéristiques qui correspondent au modèle atomique de Rutherford-Bohr. A. Un noyau très petit. B. Un noyau composé de protons chargés positivement. C. L atome ressemble à une bille chargée positivement. D. Des électrons, de charge négative, circulent autour du noyau sur des orbites spécifiques. E. Des électrons de charge négative circulent, au hasard, autour d un noyau petit et massif. b) Dans la représentation suivante du modèle atomique de Rutherford-Bohr, indiquez le nom de chacune des composantes de l atome. Orbites Noyau Protons Électrons 5. a) Cochez les caractéristiques qui correspondent au modèle atomique simplifié. A. Un noyau très petit, composé de protons chargés positivement et de neutrons qui ne possèdent aucune charge électrique. B. Un noyau composé uniquement de protons de charge positive. C. Des électrons, de charge négative, qui circulent autour du noyau sur des couches électroniques. D. Des électrons qui décrivent des orbites autour d un noyau composé uniquement de protons. b) Dans la représentation suivante du modèle atomique simplifié, indiquez le nom de chacune des composantes de l atome. Noyau Couche électronique Proton Électron Neutron 4 Cahier d activités ST-
En pratique 6. Indiquez à quel modèle atomique est associé chacun des énoncés suivants. Modèle de Dalton Modèle de Thomson Modèle de Rutherford Modèle atomique simplifié Modèle de Rutherford-Bohr a) Ce modèle atomique est le premier à inclure un noyau formé de protons. Modèle de Rutherford. b) Ce modèle atomique représente l atome comme une bille chargée positivement qui est parsemée de petites particules négatives, les électrons. c) Cet ancien modèle représente l atome comme une bille solide et indivisible qui peut avoir différentes masses. d) C est le premier modèle atomique à inclure l électron. e) Dans ce modèle atomique, toute la charge positive de l atome prend la forme d un noyau, petit et massif, tandis que la charge négative, sous la forme d électrons, circule autour du noyau. f) Ce modèle atomique montre des orbites sur lesquelles circulent des électrons. g) Ce modèle atomique inclut une nouvelle particule, le neutron, qui ne possède aucune charge électrique. Modèle de Thomson. Modèle de Dalton. Modèle de Thomson. Modèle de Rutherford. Modèle de Rutherford-Bohr. Modèle atomique simplifié. 7. a) Quelle expérience a permis à Ernest Rutherford de faire des découvertes importantes au sujet de l atome? Rutherford a bombardé une mince feuille d or avec un faisceau de rayons alpha. b) Qu est-ce que Rutherford a observé lors de cette expérience? Rutherford a observé que la majorité des rayons alpha a passé au travers de la feuille d or. Seul un faible pourcentage a rebondi ou a été dévié. c) Les résultats de cette expérience ont surpris Rutherford. Pourquoi? Parce qu il s attendait à ce que tous les rayons alpha traversent facilement la mince feuille d or. Chapitre 1 5
d) Quelles sont les conclusions que Rutherford a tirées de cette expérience? Il a conclu que toute la charge positive de l atome devait être concentrée dans une région minuscule et que l atome devait posséder un noyau petit, massif et de charge positive, et que les électrons gravitaient autour de ce noyau dans un espace relativement grand, autrement dit que l atome était essentiellement composé de vide. 8. a) Le modèle de Rutherford ne faisait pas l unanimité parmi les scientifiques de son époque. Pourquoi? Parce qu ils se demandaient comment les électrons pouvaient maintenir leur position autour du noyau sans s y écraser. b) En 1913, Niels Bohr publie une version améliorée du modèle de Rutherford. Le travail de Bohr permet de formuler une nouvelle hypothèse concernant les électrons. Laquelle? Le travail de Bohr permet d expliquer pourquoi les électrons maintiennent leur position autour du noyau atomique sans s y écraser. Lorsqu un électron se trouve sur son orbite de base, il ne perd pas d énergie, il peut donc se maintenir sur son orbite sans s écraser sur le noyau. 9. On dit de l atome qu il est électriquement neutre. Pourquoi? Parce qu il contient autant de particules positives (les protons) que de particules négatives (les électrons), ce qui annule les charges. 10. Quel est le rôle des neutrons dans le noyau atomique? Les neutrons permettent de coller les protons ensemble. Ils permettent au noyau atomique de ne pas éclater. 11. Pourquoi les rayons alpha, qui sont positifs, sont-ils déviés lorsqu ils frappent le noyau de l atome? Parce que le noyau contient des protons, des particules portant des charges positives, et que les charges identiques se repoussent. 6 Cahier d activités ST-
Le tableau périodique PAGES 17 À 26 En théorie 1. Qu est-ce qu une classification périodique? Une classification périodique est une façon de classer les éléments selon certaines de leurs propriétés. 2. Complétez l illustration à l aide de la liste de termes suivante. Case Escalier Famille Masse atomique Nom de l élément Numéro atomique Période Symbole chimique Case Famille Escalier Période Nom de l élément Masse atomique Numéro atomique Symbole chimique 3. Chacun des énoncés suivants correspond-il à la catégorie des métaux, des métalloïdes ou des non-métaux? a) Ce sont de bons conducteurs d électricité et de chaleur. Ils sont ductiles et malléables et ont habituellement un éclat brillant. Ils sont généralement solides à la température ambiante. Plusieurs d entre eux réagissent au contact d un acide. Métaux. b) Leurs propriétés peuvent varier selon les conditions dans lesquelles ils se trouvent. Métalloïdes. c) Ce sont généralement de mauvais conducteurs d électricité et de chaleur. Plusieurs d entre eux sont gazeux à la température ambiante. Ils sont friables lorsqu ils sont à l état solide. Non-métaux. Chapitre 1 7
4. Indiquez à quel terme de la liste suivante correspond chacun des énoncés ci-après. Électron de valence Famille Masse atomique relative Métalloïdes Métaux Numéro atomique Non-métaux Période Tableau périodique a) Catégorie d éléments qui se trouvent tous à gauche de l escalier du tableau périodique. b) Groupe d éléments ayant des propriétés chimiques semblables et qui présentent le même nombre d électrons sur leur dernière couche électronique. Métaux. Famille. c) Représentation dans laquelle les éléments sont regroupés selon leurs propriétés physiques et chimiques. d) Catégorie d éléments qui se trouvent de part et d autre de l escalier du tableau périodique. e) Groupe d éléments ayant tous le même nombre de couches électroniques (orbites). f) Catégorie d éléments qui se trouvent à droite de l escalier du tableau périodique. g) Électron situé sur la dernière orbite (couche électronique) d un atome. h) Numéro qui représente le nombre de protons que contient le noyau d un atome. i) Masse d un atome établie par comparaison avec un élément de référence, le carbone 12. Tableau périodique. Métalloïdes. Période. Non-métaux. Électron de valence. Numéro atomique. Masse atomique relative. 5. Chacune des propriétés ou des caractéristiques suivantes correspond-elle à la famille des alcalins, des alcalino-terreux, des halogènes ou des gaz nobles? a) Ce sont des non-métaux. Ils ne réagissent pratiquement pas avec les autres éléments. Ils existent sous forme d éléments dans la nature. b) Ce sont des métaux très malléables et réactifs qui brûlent facilement. Ils peuvent être conservés purs à l air libre. Ils forment plusieurs composés qu on trouve dans la terre et les roches. Ils n existent pas sous forme d éléments purs dans la nature. c) Ce sont des non-métaux. Plusieurs d entre eux sont des désinfectants puissants. Ils réagissent facilement pour former des composés, par exemple, des sels. Gaz nobles. Alcalino-terreux. Halogènes. d) Ce sont des métaux mous et très réactifs. À l état pur, ils doivent être conservés dans l huile. Ils n existent pas sous forme d éléments dans la nature. Alcalins. 8 Cahier d activités ST-
6. Qu est-ce que la périodicité des propriétés? La répétition ordonnée des propriétés d une période à l autre. 7. Que suis-je? Électronégativité Énergie de première ionisation Masse volumique Point d ébullition Point de fusion Rayon atomique a) Je corresponds à la distance entre le centre de l atome et l électron le plus éloigné. b) Je corresponds à la température à laquelle un solide devient liquide (ou l inverse). c) Je représente la masse par unité de volume. d) Je corresponds à l indice de l attraction exercée par un atome sur un électron lors de la formation d une liaison chimique. e) Je corresponds à la température à laquelle un liquide devient gazeux (ou l inverse). f) Je représente l énergie nécessaire pour arracher l électron le plus éloigné du noyau d un atome. Rayon atomique. Point de fusion. Masse volumique. Électronégativité. Point d ébullition. Énergie de première ionisation. 8. Comment appelle-t-on les atomes d un élément qui ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons? Des isotopes. 9. Comment appelle-t-on le nombre entier qui indique la somme du nombre de protons et de neutrons d un atome? Le nombre de masse. 10. Dans le tableau périodique, quelle information spécifique à chaque élément permet, lorsqu on l arrondit, de déduire le nombre de masse de l isotope le plus abondant? La masse atomique relative. A 11. Que représente chacun des symboles de la notation Z E? Nombre de masse Symbole chimique d un élément A Z E Numéro atomique Chapitre 1 9
A 12. Comment calcule-t-on le nombre de neutrons d un atome à l aide de la notation Z E? On soustrait Z de A. En pratique 13. Remplissez le tableau suivant. Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. Élément Symbole chimique Numéro atomique Nombre de couches électro - niques Nombre d électrons de valence Masse atomique relative (u) Nombre de neutrons de l isotope le plus abondant Brome Br 35 4 7 79,90 45 Azote N N 7 2 5 14,01 7 Aluminium Al 13 3 3 26,98 14 Magnésium Mg 12 3 2 24,31 12 Potassium K 19 4 1 39,10 20 Iode I 53 5 7 126,90 74 Néon Ne 10 2 8 20,18 10 Sodium Na 11 3 1 22,99 12 Calcium Ca 20 4 2 40,08 20 Krypton Kr 36 4 8 83,80 48 Étain Sn 50 5 4 118,71 69 14. Quels éléments du tableau précédent appartiennent aux familles suivantes? a) Alcalins : Le potassium et le sodium. b) Alcalino-terreux : Le magnésium et le calcium. c) Halogènes : Le brome et l iode. d) Gaz nobles : Le néon et le krypton. 15. Quel est le nombre de neutrons de chacun des éléments suivants? 16 39 a) 8 O b) 19 K c) 59 Co 27 8 neutrons. 20 neutrons. 32 neutrons. 10 Cahier d activités ST-
16. Donnez quelques caractéristiques des éléments suivants en lien avec leur emplacement dans le tableau périodique. a) Potassium. Il fait partie de la famille des alcalins puisqu il se trouve dans la première colonne (un électron de valence). C est donc un métal mou et très réactif. Il possède quatre couches électroniques, car il se situe dans la quatrième rangée du tableau périodique. b) Xénon. C est un gaz rare puisqu il se trouve dans la dernière colonne (huit électrons de valence). Il est donc très stable et il ne réagit pas en présence des autres éléments. Il possède cinq couches électroniques, car il se situe dans la cinquième rangée. c) Fluor. C est un halogène puisqu il se situe dans l avant-dernière colonne (sept électrons de valence). C est un non-métal qui réagit facilement pour former des composés. Il possède deux couches électroniques, car il se trouve dans la deuxième rangée. Dans certaines munici palités, on ajoute du fluor à l eau. 17. Quel élément du tableau périodique correspond à chacune des descriptions suivantes? a) Il possède 82 protons et 82 électrons. Plomb. b) Il possède sept électrons de valence sur sa cinquième couche électronique. c) C est un métal mou et très réactif qui possède six couches électroniques. d) C est un métalloïde qui possède trois électrons de valence. e) C est un gaz très stable qui possède quatre couches électroniques. f) C est le métal ayant le plus petit numéro atomique. g) C est un non-métal utilisé pour désinfecter l eau et qui possède trois couches électroniques. h) C est un métal très malléable et réactif qu on trouve sous forme de composé dans les roches et qui possède quatre couches électroniques. i) Son nombre de masse est 12 et il possède 6 protons. j) Il possède 20 neutrons et un électron de valence. Iode. Césium. Bore. Krypton. Lithium. Chlore. Calcium. Carbone (ou carbone 12). Potassium. Chapitre 1 11
18. Un atome possède 26 protons et 30 neutrons. Indiquez si les affirmations suivantes concernant cet atome sont vraies ou fausses. Corrigez-les au besoin. a) Cet élément est du fer. Vrai. b) Cet élément possède 30 électrons. Faux. Il possède 26 électrons. c) Son noyau compte 30 particules. Faux. Il compte 56 particules (soit 30 neutrons, plus 26 protons.) 19. Un atome possède 28 protons et 31 neutrons. a) Combien a-t-il d électrons? b) Quel est son nombre de masse? c) Quel est son numéro atomique? 28 électrons. 59 28 20. a) Qu est-ce qui différencie le carbone 12 du carbone 14? Le carbone 14 possède deux neutrons de plus que le carbone 12. A b) À l aide de la notation Z E, représentez ces deux isotopes. 12 12 C Carbone 12. Carbone 14. 14 C 12 A 21. À l aide de la notation Z E, représentez l isotope le plus abondant des éléments suivants. 9 Be 226 a) Béryllium. 4 Ra 209 b) Radium. 88 Bi c) Bismuth. 83 22. Selon vous, pourquoi les éléments de la famille des gaz nobles n ont-ils aucune valeur d électronégativité? Parce que les gaz nobles ne réagissent pratiquement pas avec les autres éléments et que l attraction qu ils exercent sur un électron lors de la formation d une liaison chimique est donc nulle (ou pratiquement nulle). 23. Combien d électrons de valence chacun des éléments suivants possède-t-il? a) Calcium : 2 d) Fluor : 7 b) Soufre : 6 e) Potassium: 1 c) Sodium : 1 f) Xénon : 8 Du soufre. 12 Cahier d activités ST-
La représentation des atomes PAGES 26 À 29 En théorie 1. Indiquez à quelle représentation de l atome correspond chacun des énoncés ci-après. Notation de Lewis Modèle atomique «boules et bâtonnets» Modèle atomique de Rutherford-Bohr Modèle atomique simplifié a) Représentation dans laquelle l atome est symbolisé par une boule, et les liens qui l unissent aux autres atomes, par des bâtonnets. La taille des boules est généralement proportionnelle au nombre de couches électroniques. Modèle atomique «boules et bâtonnets». b) Représentation de l atome qui illustre le nombre de protons, les électrons, ainsi que les couches électroniques. Modèle atomique de Rutherford-Bohr. c) Représentation simplifiée de l atome dans laquelle seuls les électrons de valence sont illustrés. Notation de Lewis. d) Représentation de l atome qui permet de repérer facilement le nombre de protons et de neutrons. Elle permet aussi de visualiser le nombre d électrons présents sur chacune des couches électroniques. Modèle atomique simplifié. 2. Voici différentes façons de représenter un atome d azote (N). Indiquez le nom du modèle qui correspond à chacune de ces représentations. Notation de Lewis. Modèle atomique de Rutherford-Bohr. a) c) 7p + 7n 1 2 2e 5e Modèle atomique «boules et bâtonnets». Modèle atomique simplifié. b) d) Chapitre 1 13
3. Quel est le nombre maximal d électrons qu on peut disposer sur chacune des couches électroniques des 20 premiers éléments du tableau périodique? On peut disposer un maximum de deux électrons sur la première couche, puis un maximum de huit électrons sur la deuxième couche. 4. Quelles informations présentes dans le tableau périodique permettent de représenter un atome selon le modèle atomique simplifié? Précisez l utilité de chacune de ces informations. Ces informations sont le numéro atomique, la masse atomique relative et le numéro de la famille des éléments. Le numéro atomique permet de déterminer le nombre de protons et d électrons. La masse atomique relative, une fois arrondie, permet de trouver le nombre de masse et, donc, le nombre de neutrons. Le numéro de la famille permet de trouver le nombre d électrons de valence. En pratique Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. 5. Nommez chacun des éléments suivants. Na a) Sodium. d) Dioxygène. b) 13p + Chlore. 3 2 1 14n 2e 8e 3e e) 8p + 8n Argon. 1 2 2e 6e c) Aluminium. f) Oxygène. 14 Cahier d activités ST-
6. Représentez les éléments suivants à l aide de la notation de Lewis. a) Césium. b) Phosphore. c) Argon. Cs P Ar 7. Représentez les éléments suivants à l aide du modèle atomique de Rutherford-Bohr. a) Calcium. b) Béryllium. c) Phosphore. 8. Représentez les mêmes éléments qu à la question précédente, mais à l aide du modèle atomique simplifié. a) Calcium. c) Phosphore. 20 p + 20 n 1 4 3 2 2 e 8 e 8 e 2 e 15 p + 16 n 1 2 3 2 e 8e 5e b) Béryllium. 1 2 Le phosphore rouge sert à la fabrication des allumettes. 4 p + 5 n 2 e 2 e Chapitre 1 15
La notion de mole PAGES 30 ET 31 En théorie 1. a) Par convention, à quelle quantité de matière équivaut une mole? Une mole équivaut au nombre d atomes dans exactement 12 g de carbone 12. b) Qu est-ce que la masse molaire d une substance? La masse d une mole de cette substance. c) Dans le tableau périodique, où trouve-t-on la masse molaire d un élément? La masse molaire correspond à la masse atomique relative indiquée sous le symbole chimique de chaque élément. 2. a) La formule suivante permet de calculer la masse molaire d une substance. Donnez la signification des symboles en précisant dans chaque cas les unités de mesure. M m n Symbole Signification du symbole Unité de mesure (et son symbole) M Masse molaire Gramme par mole (g/mol) m Masse Gramme (g) n Nombre de moles Mole (mol) b) Comment calcule-t-on la masse molaire d une molécule? Il faut additionner les masses atomiques relatives de tous les atomes de la molécule. 3. Complétez les illustrations à l aide des termes de la liste suivante. Macroscopique Microscopique Mole Molécule a) Échelle microscopique b) Échelle macroscopique Une molécule de CO 2 (44,01 m) Une mole de CO 2 (44,01 g) 4. Que représente le nombre d Avogadro? La quantité d entités présentes dans une mole. Il équivaut à 6,02 10 23. 16 Cahier d activités ST-
En pratique 32,07 g/mol. 5. a) Quelle est la masse molaire du soufre (S)? b) Quelle est la masse de 5 mol de soufre (S)? M m n Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. Donc, m M n m 32,07 g/mol 5 mol 160,35 g Réponse : La masse de 5 mol de soufre est de 160,35 g. c) Quelle est la quantité d atomes présents dans 5 mol de soufre (S)? 1 mol 6,02 10 23 atomes Donc, 5 mol 5 6,02 10 23 atomes/mol 3,01 10 24 atomes Réponse : La quantité d atomes présents dans 5 mol de soufre est de 3,01 10 24 atomes. 6. a) Quelle est la masse molaire de l eau (H 2 O)? M eau (2 M H ) +M O (2 1,01 g/mol) + 16,00 g/mol 18,02 g/mol Réponse : La masse molaire de l eau est de 18,02 g/mol. b) Combien y a-t-il de moles d eau (H 2 O) dans 1 L d eau (1 kg d eau)? M m n Donc, n m M n 1000 g 55,5 mol 18,02 g/mol Il y a 55,5 mol d eau dans 1 L d eau. Réponse : Chapitre 1 17
7. Complétez le tableau suivant en calculant les masses molaires, puis indiquez à quel élément du tableau périodique correspond chacune de ces masses molaires. Élément (symbole) Masse molaire (g/mol) Masse (g) Nombre de moles (mol) Aluminium (Al) 26,98 107,92 4 Mercure 200,60 (Hg) 200,60 40,12 0,2 Platine (Pt) 195,00 1,95 0,01 Fer (Fe) 55,85 2 253 833 40 355,11 8. Complétez le tableau suivant en inscrivant les données manquantes. Élément ou molécule (symbole ou formule) Masse molaire (g/mol) Masse (g) Nombre de moles (mol) Cuivre (Cu) 63,55 72 1,13 Étain (Sn) 118,71 534,2 4,5 Uranium (U) 238,03 99,97 0,42 Nickel (Ni) 58,69 2 000 34,1 Diazote (N 2 ) 28,02 72 2,57 Dihydrogène (H 2 ) 2,02 9,1 4,50 Dichlorure de calcium (CaCl 2 ) Sulfate de cuivre (CuSO 4 ) 110,98 15 0,14 159,62 450 2,82 9. Si un thermomètre contient 0,03 mol de mercure, à combien de grammes cela équivaut-il? M m n Donc, m M n m 200,59 g/mol 0,03 mol 6,02 g Cela équivaut à 6,02 g de mercure. Réponse : 18 Cahier d activités ST-
10. Un aquarium d eau salée contient 30 g de sel (NaCl) par litre d eau. Combien de moles de sel contient-il si sa capacité est de 30 L? 30 g/l 30 L 900 g de sel M NaCl M Na +M Cl 22,99 g/mol + 35,45 g/mol 58,44 g/mol M m n Donc, n m M n 900 g 15,4 mol 58,44 g/mol Réponse : L aquarium contient 15,4 mol de sel. 11. À l hôpital, une patiente reçoit une solution aqueuse de glucose (C 6 H 12 O 6 ). Elle reçoit 0,05 mol de glucose à la minute. Si son traitement dure 25 minutes, combien de grammes de glucose recevra-t-elle au total? 0,05 mol/min 25 min 1,25 mol M C6 H 12 O 6 (6 M C ) + (12 M H ) + (6 M O ) (6 12,01 g/mol) + (12 1,01 g/mol) + (6 16,00 g/mol) 180,18 g/mol M m n Donc, m M n m 180,18 g/mol 1,25 mol 225,23 g Réponse : La patiente recevra 225,23 g de glucose au total. 12. Exprimez les données suivantes en moles. a) 2,408 10 24 atomes d oxygène. b) 6,02 10 25 atomes d iode. c) 3,01 10 23 atomes de nickel. d) 3,7926 10 24 billes d acier. e) 9,3912 10 25 bonbons. 4 mol d atomes d oxygène. 100 mol d atomes d iode. 0,5 mol d atomes de nickel. 6,3 mol de billes d acier. 156 mol de bonbons. f) 1,5652 10 23 diamants. 0,26 mol de diamants. Chapitre 1 19
DÉFI Nom: Groupe: Date: DÉFI De mystérieux éléments Cette lettre a été écrite par un élément du tableau périodique à un autre. Cher Paresseux, Je t écris pour te dire que tu es mon idole et que je rêve de te rencontrer. Vois-tu, je suis un atome comportant cinq électrons sur sa couche électronique la plus éloignée du noyau, tandis que, toi, tu en possèdes huit. J aimerais tellement trouver le moyen de capturer trois électrons supplémentaires afin de devenir semblable à un gaz noble, comme toi! Je considère que je suis un atome plutôt sociable. Par exemple, j aime beaucoup m associer avec mes copains, Métal de chaux, Générateur d eau et Générateur d acide, pour former un composé que les plantes adorent! D ailleurs, lorsque nous ne sommes pas complètement absorbés par les plantes terrestres, nous nous faufilons jusqu aux cours d eau, où nous aidons les algues à se développer en abondance. Je dois avouer que j ai aussi de gros défauts, car je suis très inflammable et j explose facilement. C est pourquoi on m utilise dans la fabrication des allumettes et de différents explosifs. Paradoxalement, je suis également un des éléments indispensables à la vie. J entre, en effet, dans la composition de la molécule d ADN. Mon ami Métal de chaux possède deux électrons sur sa couche électronique la plus éloignée. Lui aussi, il t adore et te vénère. Il dit qu il donnerait n importe quoi pour perdre ses deux derniers électrons afin de devenir aussi stable que toi. C est d ailleurs pour cela qu il s entend si bien avec Générateur d acide qui, lui, cherche toujours à capturer deux électrons supplémentaires. Quant à Générateur d eau, c est un éternel indécis. Parfois, il donne son unique électron, parfois, il en accepte un second. On ne sait jamais quelle sera son humeur du jour. Mais je l aime bien quand même. Voilà, tu sais à peu près tout de moi et de mes copains. Ton plus fervent admirateur, Porteur de lumière À l aide des notions que vous avez acquises dans le chapitre 1, indiquez les cinq éléments chimiques dont il est question dans cette lettre. «Paresseux» correspond à l argon, numéro atomique 18. «Métal de chaux» est le calcium, numéro atomique 20. «Générateur d eau» est l hydrogène, numéro atomique 1. «Générateur d acide» est l oxygène, numéro atomique 8. «Porteur de lumière» désigne le phosphore, dont le numéro atomique est 15. 20 Cahier d activités ST-
1. Que suis-je? Bilan du chapitre 1 a) Je suis une représentation de l atome. b) Je suis un endroit où des électrons peuvent circuler. c) Je suis la particule la plus légère de l atome. d) Je contiens des particules positives et des particules neutres. e) Je suis un modèle atomique qui présente les trois particules de l atome. Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. Un modèle atomique. Une orbite (ou couche électronique). L électron. Le noyau atomique. Le modèle atomique simplifié. BILAN 2. Trouvez les deux énoncés qui sont faux, puis rectifiez-les. A. Le noyau atomique est constitué D. L atome ne peut pas être divisé chimiquement. d électrons. E. Un atome est soit positif soit négatif. B. La charge du proton est positive. F. Toute matière est composée d atomes. C. Les électrons circulent sur des couches électroniques. Les deux énoncés qui sont faux sont A (Le noyau atomique est constitué de protons et de neutrons) et E (Un atome est électriquement neutre). 3. Quelles erreurs contient cette illustration de l atome selon le modèle de Rutherford-Bohr? On a inversé la position des signes «+» et dans le modèle. L atome ne contient pas le même nombre de protons (7) que d électrons (6). 4. Quelle erreur contient cette illustration de l atome selon le modèle atomique simplifié? L atome ne contient pas le même nombre de protons (5) que d électrons (4). Chapitre 1 21
BILAN 5. Remplissez le tableau suivant en indiquant les informations demandées sur chacun des éléments. Élément Symbole chimique Numéro atomique Nombre de couches électro niques Nombre d électrons de valence Masse atomique relative (u) Plomb Pb Br 35 82 46 74 207,20 79,90 Arsenic As N 33 7 24 5 14,01 74,92 Xénon Xe 54 5 8 131,29 6. Quel élément du tableau périodique correspond à chacune des descriptions suivantes? a) Je suis un métal. Je brûle facilement en présence de chaleur. On peut me trouver dans la roche. Je n ai pas besoin d être conservé dans l huile à l état pur. Je possède trois couches électroniques. b) Je suis un non-métal qui est conventionnellement situé au-dessus des alcalins dans le tableau périodique. c) Je suis un bon conducteur d électricité qui possède six couches électroniques et qui fait partie de la même famille que le zinc. d) Je suis un non-métal qui se trouve presque exclusivement sous forme de composé et qui possède deux couches électroniques. Magnésium. Hydrogène. Mercure. Fluor. 7. Remplissez le tableau suivant en indiquant le nombre de chacune des particules et la notation A E de l élément. Z Élément Nombre de protons Nombre d électrons Nombre de neutrons Notation A E Z Arsenic 75/33 75 33 33 75 33 42 As Ar 33 Hélium 2 2 4 2 2 4/2 4 He 2 Iode 53 53 127 53 74 127/53 127 I I 53 Carbone 6 6 12 6 6 12/6 12 C 6 Radium 88 88 226 88 138 226/88 226 Ra Ra 88 8. À l état naturel, on retrouve l uranium sous trois formes : l uranium 238 (99,28%), l uranium 235 (0,71%) et l uranium 234 (0,0054%). A a) Représentez ces trois isotopes de l uranium à l aide de la notation Z E. 238 U, 235 U, 234 U 92 92 92 22 Cahier d activités ST-
b) Qu est-ce qui distingue ces trois isotopes? Le noyau atomique de l uranium 238 contient 3 neutrons de plus que l uranium 235, et 4 neutrons de plus que l uranium 234. c) Sachant que les masses atomiques des trois isotopes de l uranium (238, 235 et 234) sont respectivement de 238,0508 u, de 235,0439 u et de 234,0410 u, expliquez pourquoi la masse atomique relative de l uranium est de 238,03 u dans le tableau périodique. C est que la masse atomique relative tient compte des proportions des différents isotopes et que l uranium 238 est le plus présent à l état naturel (99,28 %). 9. a) Vous devez trouver le nombre de couches électroniques et le nombre de neutrons d un élément. Devriez-vous consulter le tableau périodique, la notation de Lewis de cet élément ou une représentation de cet élément selon le modèle atomique de Rutherford- Bohr? Expliquez votre réponse. Je devrais consulter le tableau périodique, parce que ni la notation de Lewis ni le modèle atomique de Rutherford-Bohr ne me permettront de connaître le nombre de neutrons, contrairement au tableau périodique, qui me permet de le déduire à partir de la masse atomique relative. BILAN b) Quel modèle atomique permet de déduire le nombre de masse? Expliquez votre réponse. Le modèle atomique simplifié, car il donne le nombre de neutrons. 10. Le rayon atomique est l une des propriétés périodiques des éléments. À l aide des données de l annexe 1 du manuel, reproduite à la fin de ce cahier, expliquez la façon dont le rayon atomique varie au sein d une période. Le rayon atomique diminue d un élément à l autre à l intérieur d une même période (de la gauche vers la droite dans le tableau périodique). 11. Dessinez un atome de potassium selon les représentations suivantes. a) Modèle atomique de Rutherford-Bohr b) Modèle atomique simplifié 19 p + 20 n 1 2 3 2 e 8 e 8 e 1 e 4 Chapitre 1 23
BILAN 12. Parmi les représentations que vous avez dessinées à la question précédente, laquelle devriezvous utiliser pour illustrer un isotope différent de potassium? Expliquez votre réponse. Le modèle atomique simplifié, car c est le seul à indiquer le nombre de neutrons présents dans le noyau. 13. Juliette doit remplir la piscine de son petit frère. Sa mère, qui est chimiste, lui demande d y mettre 18 600 mol d eau. Sachant que 1 L d eau a une masse de 1 kg, combien de litres d eau Juliette devra-t-elle verser dans la piscine? M eau (2 M H ) +M O (2 1,01 g/mol) + 16,00 g/mol 18,02 g/mol M m n Donc, m M n m 18,02 g/mol 18 600 mol 335 172 g 335,2 kg 335,2 L Réponse : Juliette devra verser environ 335 L d eau dans la piscine. 14. Quelle est la quantité d atomes présents dans 19 mol d eau (H 2 O)? 1 mol d eau 6,02 10 23 3 atomes (2 H et 1 O) 1,81 10 24 atomes 19 mol 19 1,81 10 24 atomes 3,43 10 25 atomes Dans 19 mol d eau, la quantité d atomes présents est de 3,43 10 Réponse : 25 atomes. 15. Karine et Mélissa ont toutes deux hérité de métaux précieux. Karine a reçu 21 500 mol d argent et Mélissa, 196 mol d or. Chacune affirme qu elle pourrait devenir millionnaire en vendant son héritage au poids. Ont-elles raison, considérant que le cours actuel de l or est de 25 797,76 $/kg, et celui de l argent, de 464,90 $/kg? Masse de l argent : M m n Donc, m M n 107,87 g/mol 21 500 mol 2 319 205 g 2319,2 kg Valeur de l argent : 2319,2 kg 464,90 $/kg 1 078 196,08 $ Masse de l or : M m n Donc, m M n 196,97 g/mol 196 mol 38 606,12 g 38,6 kg Valeur de l or: 38,6 kg 25 797,76 $/kg 995 793,54 $ Seule Karine a raison, car la valeur de son héritage dépasse un million de dollars. Réponse : 24 Cahier d activités ST-